Nutrição de microrganismos

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Nutrição de Micro-organismos 
 
Estudo de micro-organismos em laboratório: 
 
Fornecimento de condições químicas e físicas adequadas 
 
 
 
Crescimento celular: - identificação 
 - caracterização 
 - controle do crescimento 
 
1) Condições químicas: 
 
 - Nutrientes: - síntese dos componentes celulares 
 - obtenção de energia 
 
 - Uso de nutrientes na classificação de microrganismos: 
 
 - grande diversidade de nutrientes utilizados 
 - exigências nutricionais típicas para cada espécie 
 - localização em determinadas regiões 
 
- Macronutrientes – grandes quantidades: 
 
 - Fonte de Carbono: 
 
 - Formação de componentes estruturais, obtenção de energia 
 
 Fonte inorgânica (CO2) → Célula autotrófica 
 
 Fonte orgânica (carboidratos, lipídios, proteínas) → Célula 
 heterotrófica 
 
 - Fonte de energia: 
 
 Compostos químicos → Célula quimiotrófica 
 (orgânicos e inorgânicos) 
 
 Luz → Célula fototrófica 
 
 
 
Fonte de 
Carbono 
Fonte de 
energia 
Exemplos 
Quimioheterotrófico 
Compostos 
orgânicos 
Compostos 
orgânicos 
Várias bactérias, 
algumas arqueas, 
protozoários, 
fungos, animais 
Quimioautotrófico CO2 
Compostos 
inorgânicos 
Bactérias 
nitrificantes, várias 
arqueas 
Fotoautotrófico CO2 Luz 
Algumas bactérias 
fotossintéticas, 
algas, vegetais 
Fotoheterotrófico 
Compostos 
orgânicos 
Luz 
Algumas bactérias 
fotossintéticas 
Bactérias quimioheterotróficas: 
 
 - Importância médica → obtenção de moléculas orgânicas em 
 hospedeiro animal ou vegetal 
 
 - Importância industrial → degradação de poluentes 
 (pesticidas, plásticos, hidrocarbonetos) 
 
 - Versatilidade do metabolismo: 
 
 Algumas bactérias → uso exclusivo de glicose 
 
 Pseudomonas → uso de diferentes carboidratos, aminoácidos, 
 hidrocarbonetos, pesticidas 
 
 
Polímero Composição 
Na 
natureza 
Enzima 
extracelular 
Microrganismos 
que hidrolisam 
Amido Glc α 1-4 Plantas Amilase 
Várias bactérias e 
fungos 
Celulose Glc  1-4 Plantas Celulase 
Várias bactérias e 
fungos 
Glicogênio Glc α 1-4 Animais Amilase 
Várias bactérias e 
fungos 
Ácido 
hialurônico 
GlcNAc, GlcA Animais Hialuronidase Clostridium 
Bactérias quimioheterotróficas: 
 
 - Uso de polímeros → necessidade de hidrolases extracelulares: 
Produção de amilase 
- Fonte de Nitrogênio: - Componente estrutural, obtenção de energia 
 - Proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos 
 
 Fonte inorgânica: N2, NO3
-, NO2
-, NH3 
 Fonte orgânica: aminoácidos, peptídeos 
 
 Uso de peptídeos → necessidade de hidrolases extracelulares 
 
- Fonte de Enxofre: - Componente estrutural, obtenção de energia 
 - Proteínas 
 
 Fonte inorgânica → SO4
2-, H2S 
 Fonte inorgânica → aminoácidos sulfurados (cisteína, metionina) 
 
- Fontes de Potássio, Magnésio, Cálcio, Sódio, Ferro, Fosfato 
 
 
 
 
 
 
 
- Micronutrientes ou elementos-traço: 
 
 - Necessários em pequenas quantidades 
 - Presença na água e outros componentes 
 
 - Zn → cofator de enzimas 
 - Co → vitamina B12 
 - Mn, Vn 
 
 
- Fatores de crescimento: 
 
 - Compostos orgânicos que não são sintetizados por determinado 
 microrganismo 
 - Não são utilizados para obtenção de energia 
 - Variável para cada espécie 
 - Aminoácidos, nucleotídeos, vitaminas 
 
 
- Microrganismo prototrófico: 
 
 - Não necessita de fatores de crescimento 
 - Grande capacidade biossintética 
 - Microrganismos do solo, água 
 - Ex: Escherichia coli, algumas leveduras 
 
 
- Microrganismo auxotrófico: 
 
 - Precisa de fatores de crescimento 
 - Menor capacidade biossintética 
 - Microrganismos de alimentos, mucosas, sangue 
 
 Microrganismos patogênicos 
 
 - Ex: Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Bacillus anthracis 
 
 
 
- Meios de cultura: 
 
 - Grande quantidade de água (70-80% peso celular) 
 - Nutrientes necessários 
 - Meio básico: - fonte de Carbono 
 - fonte de Nitrogênio 
 - sais minerais 
 
 - Meio mínimo: 
 
 - mínimo necessário para o desenvolvimento de um 
 microrganismo 
 - sem fatores de crescimento 
 - cultivo de microrganismos prototróficos 
 
 
 - Meio definido: 
 
 - constituintes conhecidos qualitativamente e 
 quantitativamente 
 - com fatores de crescimento 
 - cultivo de microrganismos auxotróficos de metabolismo 
 conhecido 
 
 - Meio complexo: 
 
 - composição química indefinida 
 - todos os fatores de crescimento presentes 
 - sangue, extrato de levedura, extrato de carne, peptona, 
 leite 
 - cultivo de microrganismos auxotróficos de metabolismo 
 desconhecido 
 
- Bactérias que não crescem em meios de cultura: 
 
 - Falta de um meio de cultura universal 
 - Necessidade de grande quantidade de fatores de 
 crescimento 
 - Patógenos intracelulares obrigatórios 
 - Uso de culturas de células, animais de laboratório, ovos 
 embrionados 
 - ex: Treponema pallidum 
 
 
2) Condições físicas: 
 
 - Temperatura: - Faixa de temperatura ideal (30-40°C) 
 
 
- Classificação de microrganismos quanto à temperatura de crescimento: 
- Microrganismos psicrófilos: 
 
 - Crescimento abaixo de 20°C 
 - Bactérias e arqueas do Ártico, Antártica, geladeira 
 - Limitação: presença de água em estado líquido 
 
 Água do mar, alimentos: congelamento abaixo de 0°C 
 
 
- Microrganismos mesófilos: 
 
 - Crescimento entre 20°C e 40°C 
 - Microrganismos patogênicos 
 - Microrganismos psicrotolerantes: mesófilos que também crescem 
na faixa de microrganismos psicrófilos → deterioração de alimentos 
 
 Bactérias psicrotróficas: Listeria monocytogenes 
 Staphylococcus aureus 
 
- Microrganismos termófilos: 
 
 - Crescimento entre 40°C e 70°C 
 - Bactérias e arqueas do solo 
 
 
- Microrganismos hipertermófilos: 
 
 - Extremófilos 
 - Crescimento acima de 70°C 
 - Arqueas de fontes termais, gêiseres 
 
Adaptações a baixas temperaturas: 
 
 - membrana plasmática com ácidos graxos insaturados 
 - proteínas com predomínio de estruturas α-hélice e aminoácidos 
 polares 
Aumento de temperatura  
  Diminuição de temperatura 
Adaptações a altas temperaturas: 
 
 - membrana plasmática em monocamada, ácidos graxos 
saturados e ligações do tipo éter em fosfolipídeos 
 - proteínas com aminoácidos hidrofóbicos no interior da estrutura 
 - teor GC em ácidos nucleicos 
 
Membrana de arqueas 
hipertermófilas 
- pH: 
 
 Microrganismo acidófilo: pH abaixo de 7 
 - Fungos, bactérias, arqueas 
 - Presença em certos alimentos → impedem a contaminação por 
outros microrganismos: iogurte, mucosas 
 
 Microrganismo neutrófilo: pH 7 – 8,5 
 - Bactérias e protozoários patogênicos 
 
 Microrganismo basófilo: pH acima de 8,5 
 - Bactérias, arqueas 
 - Lagos e solos especiais 
 - Aplicação industrial: produção de hidrolases extracelulares 
 basófilas → proteases de detergentes 
 
 
pH do citoplasma sempre 
mais próximo da 
neutralidade: 
 
- Passagem de íons pela 
membrana plasmática 
 
- Estabilidade de 
macromoléculas (proteínas, 
DNA, RNA) 
 
 
Controle do pH em meio de 
cultura: tampões de pH 
 
 
- O2 (potencial de oxi-redução): 
 
 Microrganismo aeróbio obrigatório: 
 - necessidade da presença de O2 → aceptor final de elétrons na 
respiração aeróbia 
 - capacidade de remoçãode radicais livres de Oxigênio → presença 
de 3 enzimas: Superóxido dismutase (SOD), Peroxidase e Catalase 
 
 
 
 Microrganismo aeróbio microaerófilo: 
 
 - necessidade de pequena quantidade de O2 
 - presença de moléculas sensíveis a altos níveis de O2 
 
 
 Microrganismo anaeróbio: 
 
 - sobrevivência apenas na ausência de O2 → não usa O2 como 
aceptor final de elétrons na respiração aeróbia 
 - incapacidade de remoção de radicais livres de Oxigênio → 
ausência de SOD, peroxidase e catalase 
 
- Anaeróbio estrito: O2 é letal 
 
- Aerotolerante: - tolera pequenas quantidades de O2 
 - remoção de O2 por oxidação de compostos orgânicos: 
 glicose → ácido glicônico 
 Microrganismo facultativo: 
 - crescimento na presença ou ausência de O2 
 - metabolismo versátil 
 - presença de SOD, peroxidase e catalase 
 
 Grupo Metabolismo Exemplo Habitat 
Aeróbio Respiração aeróbia Micrococcus luteus Pele, meio ambiente 
Facultativo Respiração aeróbia ou 
anaeróbia, fermentação 
Escherichia coli Trato intestinal de 
animais 
Microaerófilo Respiração aeróbia Spirillum volutans Lagos 
Aerotolerante Fermentação Streptococcus 
pyogenes 
Trato respiratório 
superior 
Anaeróbio 
estrito 
Respiração anaeróbia ou 
fermentação 
Clostridium spp., 
Methanobacterium 
spp. 
Alimentos enlatados, 
sedimentos de lagos, 
digestores de lixo 
Tioglicolato: agente redutor 
(redução de O2 a H2O) 
Resazurina: indicador redox 
Crescimento de bactérias anaeróbias: 
- Osmolaridade: 
 
 
Arqueas 
Atividade de água (aw): razão da pressão de vapor da água em equilíbrio 
com uma substância em relação à pressão de vapor da água pura; 
quantidade de água livre disponível 
Osmose: 
Microrganismo aw mínima Soluto acumulado 
Bactérias em geral 0,97 – 0,90 Glicina betaína, 
glutamato 
Algas marinhas 0,92 Manitol, prolina 
Cianobactérias 
marinhas 
0,90 – 0,75 Glicina betaína 
Bactérias halofílicas 0,90 – 0,75 Glicina betaína, 
ectoína, trealose 
Arqueas halofílicas 0,75 KCl 
Leveduras, fungos 
xerofílicos 
0,83 – 0,61 Glicerol 
-Solução hipertônica: diminuição da atividade de água; interrupção do 
crescimento 
 
- Para contrabalançar: acúmulo de solutos compatíveis intracelulares 
para manter o equilíbrio entre o meio intracelular e extracelular